DE102018114879B3

DE102018114879B3 - Mobilfunk-Basisstation zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle

Info

Publication number: DE102018114879B3
Application number: DE102018114879.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Michael Manteuffel; Nikolai Peitzmeier
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: WO2019243035A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mobilfunk-Basisstation (1) zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle (2), mit einer Sendeeinheit (10), vorzugsweise mit einer Sende-/Empfangseinheit (10), wobei die Sendeeinheit (10) eine Antenne (4) mit wenigstens einem Antennenelement (40) aufweist, welches ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) wenigstens auszusenden, vorzugsweise ferner zu empfangen, wobei die Antenne (4) ausgebildet ist, mittels ihres Antennenelements (40) wenigstens eine erste Antennenkeule (D) und wenigstens eine zweite Antennenkeule (E) innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) zu erzeugen, welche zumindest im Wesentlichen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, wobei das Antennenelement (40) als multimodales Antennenelement (40) ausgebildet ist, zur Erzeugung der ersten Antennenkeule (D) in einer ersten Mode und zur Erzeugung der zweiten Antennenkeule (E) in einer zweiten Mode betrieben zu werden. Die Mobilfunk-Basisstation (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement (40) in der ersten Mode mit wenigstens einem ersten Leistungsverstärkungselement (51, 61) und in der zweiten Mode mit wenigstens einem zweiten Leistungsverstärkungselement (52, 62) zu betreiben, wobei die beiden Leistungsverstärkungselemente (51, 61; 52, 62) unterschiedliche Verstärkerleistungen aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mobilfunk-Basisstation zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Sendeeinheit für eine derartige Mobilfunk-Basisstation gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 13.
Mobilfunknetze sind mittlerweile weltweit bekannt und etabliert sowie aus dem Alltag kaum noch wegzudenken. Die ersten digitalen Mobilfunknetze wurden in den 1990er Jahren aufgebaut und in Betrieb genommen. Durch die Weiterentwicklung der Technologien wird derzeit noch der Mobilfunkstandard der dritten Generation genutzt, welcher als Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) bezeichnet wird. Diesem folgt der Long Term Evolution (LTE) als nächster Mobilfunkstandard, welcher seit ca. 2010 in Deutschland verfügbar ist. Als fünfte Generation des Mobilfunkstandard ist 5G bereits in der Entwicklung.
Gemeinsam haben alle o.g. Mobilfunkstandards, dass die kleinste Einheit des Mobilfunknetzes die sog. Mobilfunk-Basisstation bildet, welche kurz als Basisstation bezeichnet werden und jeweils ein bestimmtes Volumen um sich herum abdecken kann. Seit dem 4G-Standard werden Basisstationen offiziell z.B. auch als eNodeB bezeichnet. Dieser Bereich bzw. dieses Volumen um eine Basisstation herum wird als Mobilfunk-Zelle, als Funkzelle oder kurz als Zelle bezeichnet. Um eine möglichst lückenlose Abdeckung des Mobilfunknetzes zu erreichen, überlappen sich die Zellen üblicherweise entsprechend.
Innerhalb seiner Zelle kann die Basisstation elektromagnetische Wellen aussenden sowie empfangen, um Daten wie z.B. ein Telefongespräch, Textnachrichten und Inhalte des Internets sowie Steuerungsinformationen mit einer mobilen Sende-/Empfangseinheit eines Benutzers, welches z.B. ein Handy, ein Smartphone, ein Tablet und dergleichen sein kann, auszutauschen oder lediglich in einer Richtung zu senden bzw. zu empfangen. Die Aussendung und bzw. oder der Empfang von Signalen zur Übertragung von z.B. Daten, Steuerungsinformationen und dergleichen kann als Kommunikation bezeichnet werden, welche über das gesamte Mobilfunknetz stattfindet. Im Rahmen dieser Kommunikation kann die Basisstation ferner mit weiteren angrenzenden Basisstationen Daten austauschen, um z.B. das Telefonat eines Benutzers bei seiner Bewegung von einer Zelle in eine angrenzende Zelle an dessen Basisstation zu übergeben, so dass ein unterbrechungsfreies Telefonat gewährleistet werden kann. Auch kann die Basisstation Daten mit höheren Ebenen des Mobilfunknetzes austauschen, um z.B. einen weiter entfernten Gesprächspartner eines Telefonats zu erreichen. Innerhalb einer Zelle können dabei auch mehrere mobile Sende-/Empfangseinheiten gleichzeitig bedient werden. Diese Technik kann auch als zellularer Mobilfunk bezeichnet werden.
Um elektromagnetische Wellen aussenden sowie empfangen zu können, weist die Basisstation eine Antenne auf, welche hierfür geeignet ist. Die Antenne weist einen Leistungsverstärker auf, welcher die Sendeleistung der Antenne umsetzen kann. Neben dem Typ der verwendeten Antenne sowie der Sendeleistung, welche der Leistungsverstärker erzeugen kann, beeinflussen noch der verwendete Mobilfunkstandard sowie die Höhe, in welcher sich die Antenne über dem Untergrund befindet, das Volumen, welches von den ausgesendeten elektromagnetischen Wellen der Antenne erreicht werden kann und somit die Größe der Zelle dieser Basisstation definiert. Ferner kann dies von den geografischen sowie meteorologischen Rahmenbedingungen der Umgebung der Basisstation abhängen.
Die Basisstationen früherer Generationen von Mobilfunknetzen waren mit Antennen ausgestattet, welche eine Vorzugsrichtung zur Aussendung der elektromagnetischen Wellen besaßen, um lediglich dorthin Sendeleistung aufzubringen, wo sich auch eine mobile Sende-/Empfangseinheit eines Benutzers befinden konnte. Hierdurch kann der Verbrauch elektrischer Energie des Basisstation reduziert und damit dessen Energieeffizienz gesteigert werden, da Bereiche, in denen keine elektromagnetischen Wellen von der Antenne einer mobilen Sende-/Empfangseinheit empfangen werden können, nicht mit Sendeleistung versorgt werden müssen. Diese Vorzugsrichtung der Aussendung von elektromagnetischen Wellen ist üblicherweise nach unten gerichtet, da die Antennen der Basisstationen üblicherweise erhöht gegenüber dem Untergrund angeordnet werden und sich Benutzer üblicherweise auf diesem Untergrund bewegen.
Waren diese Vorzugsrichtungen zur Aussendung der elektromagnetischen Wellen ursprünglich durch die konstruktive Ausgestaltung der Antenne fest vorgegeben, werden seit längerem Antennen eingesetzt, welche aus einer Vielzahl von einzelnen Antennenelementen bzw. Strahlerelementen aufgebaut sind, welche als Antennen-Array gemeinsam die eigentliche Antenne bilden.
Die Ansteuerung der Antennenelemente zur Bildung des Richtdiagramms war zunächst fest eingestellt. Heutzutage werden jedoch elektronische Einstellungen zur Änderung des Richtdiagramms verwendet. Die einzelnen Antennenelemente können dann mit unterschiedlichen Phasenlagen zueinander betrieben werden, so dass sich durch die Überlagerung der elektromagnetischen Wellen der einzelnen Antennenelemente eine resultierende Welle der Antenne als Ganzes ausbilden kann, welche durch die Vorgabe der Phasenlagen in ihrer Ausbreitungsrichtung ausgerichtet werden kann. Hierdurch kann eine elektronische Schwenkbarkeit des Antennendiagramms der Antenne erreicht werden, so dass die Aussendung der elektromagnetischen Wellen gezielt auf eine mobile Sende-/Empfangseinheit eines Benutzers ausgerichtet werden kann. Das Aufbringen von Sendeleistung in Bereichen der Zelle, wo sich gar keine mobile Sende-/Empfangseinheit aufhält, kann somit vermieden und damit die Sendeleistung bzw. der Verbrauch an elektrischer Energie der Basisstation weiter reduziert werden. Auch können die Übertragungskanäle effizienter genutzt werden. Dieses Verfahren wird als elektronische Strahlschwenkung bezeichnet. Die sich hierdurch ausbildende resultierende elektromagnetische Welle kann auch als Antennendiagramm oder als Antennenkeule bezeichnet werden, welche die Strahlungscharakteristik der Antenne darstellt.
Basisstationen mit der Möglichkeit zur elektronischen Strahlschwenkung sind auch für die sich in der Entwicklung befindliche fünfte Generation des Mobilfunkstandards („5G“) geplant. Da dieser Mobilfunkstandard auch im Millimeterwellenfrequenzbereich betrieben werden soll, wird es eine Vielzahl von vergleichsweise kleinen Zellen geben. Die Basisstationen bzw. deren Antennen können dann z.B. an Lampenpfählen, Verkehrszeichen, Verkehrsampeln und dergleichen angeordnet werden, was z.B. einer Höhe von ca. 3 m über dem Untergrund entsprechen kann. Dies kann zu Zellen führen, welche einen Bereich von ca. 30 m um z.B. den Lampenpfahl herum abdecken können. Auch bei dem 5G-Mobilfunkstandard kann die elektronische Strahlschwenkung verwendet werden um lediglich die Bereiche einer Zelle mit Sendeleistung zu versorgen, wo sich ein Benutzer mit einer mobilen Sende-/Empfangseinheit aufhält.
Betrachtet man diese beispielhafte Höhe einer Antenne über dem Untergrund sowie diese beispielhafte Ausdehnung der entsprechenden Zelle um die Antenne herum zur Vereinfachung rein zweidimensional sowie als einen einzigen Sektor innerhalb der Zelle, so bedeutet dies, dass, falls die elektromagnetische Welle direkt nach unten gerichtet ist, bis zu einer mobilen Sende-/Empfangseinheit eines Benutzers, welche bei der Benutzung üblicherweise in der Hand oder am Ohr getragen wird, ein Abstand von lediglich ca. 1,5 m zu überwinden ist. Dieser Abstand steigt jedoch auch über ca. 30 m, falls sich die mobile Sende-/Empfangseinheit des Benutzers am Rand der Zelle befindet. Somit ist durch die elektronische Strahlenschwenkung eine Entfernung zwischen Antenne der Basisstation bis zur mobilen Sende-/Empfangseinheit abzudecken, welche um den Faktor 20 schwanken kann. Ebenso ist, rein zweidimensional betrachtet, ein vergleichsweise großer Winkelbereich von nahezu ca. -180° bis ca. +180° um die Antenne herum abzudecken. Dieser Bereich ist, unter Berücksichtigung der dritten räumlichen Dimension, in einem Umkreis von 360° um die Antenne herum abzudecken. Wird die Zelle in mehrere Sektoren aufgeteilt, reduzieren sich diese Winkelbereiche zwar, jedoch sind weiterhin vergleichsweise große Winkel um die Antenne herum abzudecken.
Nachteilig an diesem großen, rein zweidimensional betrachteten Winkelbereich um die Antenne der Basisstation herum kann es sein, dass sich die Pfadlängen von der Antenne der Basisstation bis zur mobilen Sende-/Empfangseinheit bzw. zu dessen Antenne sehr stark unterscheiden können, je nachdem ob sich die mobile Sende-/Empfangseinheit direkt unterhalb der Antenne (kleiner Winkel von ca. 0° und kurzer Abstand) oder am Rande der Zelle (großer Winkel von ca. -180° bzw. ca. +180° und weiter Abstand) befindet. Da die Sendeleistung der Antenne und damit auch deren Leistungsverstärker auf den Rand der Zelle ausgelegt sein müssen, um die gesamte Zelle mit einer vorbestimmten minimalen bzw. maximalen Sendeleistung versorgen zu können, muss der Leistungsverstärker der Antenne entsprechend leistungsstark ausgelegt sein, d.h. für den maximalen Abstand und für den maximalen Winkel. Für die deutliche Mehrzahl der Nutzungen der Zelle ist der Leistungsverstärker der Antenne somit überdimensioniert ausgelegt, was zu Kosten in der Herstellung bzw. Anschaffung führen kann, die bei der deutlichen Mehrzahl der Nutzungen der Zelle nicht gerechtfertigt sind. Auch kann der Energieverbrauch des Leistungsverstärkers für die deutliche Mehrzahl der Nutzungen der Zelle größer bis sogar viel größer als eigentlich erforderlich sein. Dies kann auch zu einer entsprechenden Wärmeentwicklung des Leistungsverstärkers führen.
Gleichzeitig muss der Leistungsverstärker seine Sendeleistung auch reduzieren können, um Empfangseinheiten unterhalb des maximalen Abstands mit einer angepassten Sendeleistung erreichen zu können. Diese Anpassung der Sendeleistung eines Leistungsverstärkers wird als dessen Dynamik bezeichnet, welche umso größer ist, desto größer der Unterschied zwischen dem maximalen und minimalen Abstand für Antenne ist. Mit anderen Worten kann ein dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker verwendet werden, welcher seine Leistung erhöhen und reduzieren kann je nachdem, wie weit die mobile Sende-/Empfangseinheit des Benutzers von dem Antennen-Array entfernt ist. Hierdurch kann die Sendeleistung und damit auch der Energieverbrauch reduziert werden. Der Unterschied zwischen maximal erforderlicher Leistung am Rand der Zelle und minimal erforderlicher Leistung unterhalb des Antennen-Arrays, welcher durch den dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker erzeugt werden kann, kann als Leistungshub des dynamisch anpassbaren Leistungsverstärkers des Antennen-Arrays bezeichnet werden.
Die Möglichkeit zur Anpassung der Sendeleistung führt jedoch zu deutlich höheren Kosten des dynamisch anpassbaren Leistungsverstärkers. Auch bedeutet ein großer Leistungshub weiterhin eine geringe Effizienz des dynamisch anpassbaren Leistungsverstärkers des Antennen-Arrays und damit unnötige Anschaffungs- und Betriebskosten sowie eine erhöhte Wärmeentwicklung des Leistungsverstärkers, da auch der dynamisch anpassbare Leistungsverstärker auf die maximal erforderliche Sendeleistung ausgelegt sein muss. Dabei können der Abstand und der Winkel eines Orts in der Zelle zur Basisstationsantenne stark unterschiedliche Dämpfungen im Kanal bedingen. Das kann innerhalb der maximalen äquivalenten Leistungsdichte (EIRP) einen entsprechend hohen Leistungshub des Verstärkers erfordern. Nachteilig ist somit, dass Leistungsverstärker, welche einen hohen Dynamikbereich bzw. Leistungshub aufweisen, ineffizient sein können.
Nachteilig ist ferner, dass bei der elektronischen Strahlschwenkung eines Antennendiagramms aus der Vorzugsrichtung des Antennen-Arrays, welche üblicherweise die Ausrichtung senkrecht von der Antenne weg nach unten ist, die Richtwirkung des Antennen-Arrays mit zunehmendem Schwenkwinkel sinkt, d.h. die Ausrichtung der Antennenkeule immer ungenauer wird, desto größer der Schwenkwinkel gegenüber der Vorzugsrichtung wird. Um dennoch bei der mobilen Sende-/Empfangseinheit dieselbe Sendeleistung wie bei gewünschter bzw. idealer Richtwirkung des Antennen-Array zu erzielen, muss der Leistungsverstärker der Antenne entsprechend leistungsstark ausgelegt sein, um auch den Rand der Zelle mit der gewünschten bzw. erforderlichen Sendeleistung abdecken zu können. Dies führt ebenfalls bei der deutlichen Mehrzahl der Nutzungen der Zelle zu einer Überdimensionierung der Leistungsverstärker der Antenne sowie zu einem überhöhten Verbrauch an elektrischer Energie, wie zuvor beschrieben.
Nachteilig ist bei der elektronischen Strahlschwenkung auch, dass bei großen Schwenkwinkeln unerwünschte sog. Nebenkeulen in andere Richtungen als in der gewünschten Richtung auftreten können; diese werden im Englischen als „Grating Lobes“ bezeichnet. Hierdurch kann weitere Sendeleistung des Antennen-Arrays verbraucht werden, welche für die Ausbildung der Antennenkeule in der gewünschten Richtung fehlt, so dass auch aus diesem Grund der Leistungsverstärker der Antenne der Basisstation entsprechend groß ausgelegt werden muss. Dies kann ebenfalls die Nachteile wie zuvor beschrieben bewirken.
Alle zuvor beschriebenen Effekte führen somit dazu, dass über den Schwenkwinkel der elektronischen Strahlschwenkung bei einem Antennen-Array sehr unterschiedlich große Sendeleistungen des Antennen-Arrays erforderlich sind, um eine mobile Sende-/Empfangseinheit zu erreichen. Dabei muss die Basisstation bzw. der Leistungsverstärker des Antennen-Arrays entsprechend leistungsstark ausgelegt sein, um auch den Randbereich der Zelle mit der gewünschten Leistung unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Effekte ausreichend versorgen zu können. Gleichzeitig müssen die Basisstation bzw. der Leistungsverstärker des Antennen-Arrays entsprechend dynamisch ausgebildet sein, um sich auf verschiedene Pfadlängen einstellen zu können. Für die meisten Anwendungen und insbesondere für die Aussendung einer Antennenkeule direkt unterhalb des Antennen-Arrays ist der Leistungsverstärker des Antennen-Arrays damit deutlich überdimensioniert und zu dynamisch ausgelegt.
Nachteilig ist dabei insbesondere bei der fünften Generation des Mobilfunkstandards („5G“), dass dies durch die vergleichsweise geringe Größe der Zellen und die hierdurch bedingte vergleichsweise hohe Anzahl von Basisstationen entsprechend häufig auftreten kann. Der Nachteil des großen Leistungshubs kann ferner durch die höherwertigen Modulationsverfahren des 5G-Mobilfunkstandards weiter verstärkt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mobilfunk-Basisstation der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, so dass die zuvor beschriebenen Nachteile überwunden oder zumindest reduziert werden können. Insbesondere soll eine Mobilfunk-Basisstation bereitgestellt werden, dessen Leistungserzeugung besser an den Abstand zwischen der Basisstation und der zu erreichenden Empfangseinheit, vorzugsweise Sende-/Empfangseinheit, eines Benutzers angepasst werden kann. Insbesondere sollen die Anschaffungs- und bzw. oder Betriebskosten und bzw. oder der Energieverbrauch einer derartigen Mobilfunk-Basisstation reduziert werden können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Mobilfunk-Basisstationen geschaffen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mobilfunk-Basisstation mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Sendeeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Mobilfunk-Basisstation zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle mit einer Sendeeinheit, wobei die Sendeeinheit eine Antenne mit wenigstens einem Antennenelement aufweist, welches ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle wenigstens auszusenden, wobei die Antenne ausgebildet ist, mittels ihres Antennenelements wenigstens eine erste Antennenkeule und wenigstens eine zweite Antennenkeule innerhalb der Mobilfunk-Zelle zu erzeugen, welche zumindest im Wesentlichen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, wobei das Antennenelement als multimodales Antennenelement ausgebildet ist, zur Erzeugung der ersten Antennenkeule in einer ersten Mode und zur Erzeugung der zweiten Antennenkeule in einer zweiten Mode betrieben zu werden.
Unter einer Mobilfunk-Basisstation wird wenigstens eine Antenne bzw. ein Antennenelement und das dazugehörige Frontend verstanden. Unter einem multimodalen Antennenelement ist eine Mehrmodenantenne zu verstehen, welche auch als Multimodenantenne bezeichnet werden kann. Hierunter ist eine Antenne bzw. ein Antennenelement bzw. ein Strahlerelement einer Antenne zu verstehen, welche in wenigstens zwei verschiedenen Moden betrieben werden kann, um wenigstens zwei unterschiedliche Antennencharakteristiken bzw. Antennenkeulen zu erzeugen. Auf diese Art und Weisen können wenigstens zwei unterschiedliche Antennencharakteristiken bzw. Antennenkeulen mit ein und derselben Antenne erzeugt werden anstelle hierfür zwei separate Antennen verwenden und alternativ zueinander betreiben zu müssen. Derartige multimodale Antennenelemente sind beispielsweise aus „Compact Multimode Multielement Antenna for Indoor UWB Massive MIMO", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 64, NO. 7, JULY 2016, D. Manteuffel and R. Martens, bekannt.
Die erfindungsgemäße Mobilfunk-Basisstation ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement in einer ersten Mode mit wenigstens einem ersten Leistungsverstärkungselement und in einer zweiten Mode mit wenigstens einem zweiten Leistungsverstärkungselement zu betreiben, wobei die beiden Leistungsverstärkungselemente unterschiedliche Verstärkerleistungen aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bisher, wie eingangs beschrieben, für die Leistungsverstärkung derartiger Antennen lediglich ein Leistungsverstärkungselement verwendet wird, welches darauf ausgelegt sein muss, die maximal erforderliche Sendeleistung bei gleichzeitig großer Dynamik erzeugen zu können, welche für den größtmöglichen Abstand, den größtmöglichen Schwenkwinkel der elektronische Strahlschwenkung sowie das Auftreten von Nebenkeulen erforderlich ist; für alle anderen Fälle und insbesondere für die Erzeugung von Antennenkeulen bei geringem Abstand und geringem Schwenkwinkel ist diese Sendeleistung jedoch nicht erforderlich sowie der Leistungshub höchst ineffizient.
Daher werden erfindungsgemäß für wenigstens zwei unterschiedliche Antennenkeulen, die durch zwei unterschiedliche Moden der Antenne erzeugt werden können und deren Form bzw. Erstreckung und Schwenkwinkel bekannt sind, zwei Leistungsverstärkungselemente mit unterschiedlichen Verstärkungsleistungen vorgesehen, so dass für jede Antennenkeule ein Leistungsverstärkungselement verwendet werden kann, welches auf die Entfernungen sowie für den Schwenkwinkel der Antennenkeule angepasst ist. Hierdurch kann der Leistungsbereich, für welchen ein Leistungsverstärkungselement anzuwenden ist, geringer als bisher bekannt gehalten werden. Dies kann es ermöglichen, angepasstere Leistungsverstärkungselemente zu verwenden als bisher bekannt. Die beiden Leistungsverstärkungselemente können somit kostengünstiger und bzw. oder kompakter hergestellt sowie effizienter betrieben werden, was zu einer geringeren Wärmeerzeugung führen kann.
Dies kann dadurch begünstigt werden, dass die beiden Antennenkeulen durch unterschiedliche Moden der Antenne erzeugt werden können. Somit können die beiden Leistungsverstärkungselemente den beiden Moden der Antenne zugeordnet werden, so dass die Erzeugung einer Antennenkeule einer der beiden Moden stets mit dem dafür vorgesehenen Leistungsverstärkungselement erfolgen kann. Mit anderen Worten kann jedes Leistungsverstärkungselement auf die Mode, bei der es verwendet werden soll, ausgelegt und optimiert werden.
Die Sendeeinheit ist vorzugsweise als Sende-/Empfangseinheit ausgebildet und das Antennenelement ist zusätzlich ausgebildet, auch elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle zu empfangen. Auf diese Weise können mit derselben Komponente der Mobilfunk-Basisstation sowohl Signale ausgesendet als auch empfangen werden, so dass auf eine zusätzliche separate Empfangseinheit verzichtet werden kann. Dies kann die Umsetzung einer derartigen Mobilfunk-Basisstation kostengünstiger und bzw. oder kompakter werden lassen.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung weist die erste Antennenkeule der ersten Mode eine geringere räumliche Erstreckung als die zweite Antennenkeule der zweiten Mode auf und das erste Leistungsverstärkungselement weist eine geringere Verstärkerleistung als das zweite Leistungsverstärkungselement auf. Unter der räumlichen Erstreckung ist der Abstand zu verstehen, über den sich eine Antennenkeule von der Mobilfunk-Basisstation bzw. von dessen Antenne weg ausbreiten und noch von einer Empfangseinheit eines Benutzers empfangen werden kann. Hierdurch kann die Verstärkerleistung der räumlichen Erstreckung der beiden Antennenkeulen angepasst werden, indem bei einer geringeren räumlichen Erstreckung eine geringere Verstärkerleistung und bei einer größeren räumlichen Erstreckung eine größere Verstärkerleistung vorgesehen wird. Das Leistungsverstärkungselement mit der geringeren Verstärkerleistung kann entsprechend kostengünstiger, kompakter, leichter sowie energieeffizienter ausgebildet werden als das andere Leistungsverstärkungselement und dennoch die erforderliche Leistung bereitstellen, da diese aufgrund der geringen räumlichen Erstreckung vergleichsweise gering ausfallen kann.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Mobilfunk-Basisstation ausgebildet, das multimodale Antennenelement in der ersten Mode mit einem ersten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker und in der zweiten Mode mit einem zweiten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker zu betreiben, wobei der erste dynamisch anpassbare Leistungsverstärker eine geringere Verstärkerleistung als der zweite dynamisch anpassbare Leistungsverstärker aufweist. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften der Leistungsverstärkungselemente, welche gemäß dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung zwei dynamisch anpassbare Leistungsverstärker aufweisen, derart umgesetzt werden, dass anstelle eines dynamisch anpassbaren Leistungsverstärkers für den Gesamtbereich der Zelle nun für jede Antennenkeule der beiden Moden ein hierfür ausgelegter dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker verwendet werden kann. Beide dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker weisen jeweils einen geringeren Dynamikbereich auf als ein gemeinsamer dynamischer Leistungsverstärker aufweisen müsste. Die dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker können somit ausgelegt sein, innerhalb der Grenzen, welche durch die beiden Antennenkeulen abgedeckt werden, die geforderte Leistung bereitzustellen. Dies kann die Verwendung von kostengünstigeren, kompakteren sowie energieeffizienteren dynamisch anpassbaren Leistungsverstärkern ermöglichen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Mobilfunk-Basisstation ausgebildet, das multimodale Antennenelement in der ersten Mode mit einem ersten statischen Leistungsverstärker und in der zweiten Mode mit einem zweiten statischen Leistungsverstärker zu betreiben, wobei der erste statische Leistungsverstärker eine geringere Verstärkerleistung als der zweite statische Leistungsverstärker aufweist. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften der Leistungsverstärkungselemente auch auf statische Leistungsverstärker angewendet werden, welche jeweils eine fest vorgegebene Leistungsverstärkung aufweisen, die entsprechend an die jeweilige Antennenkeule angepasst sein kann. Beide statischen Leistungsverstärker weisen jeweils eine geringere Verstärkerleistung auf als ein gemeinsamer statischer Leistungsverstärker aufweisen müsste.
Werden dabei jeweils ein statischer Leistungsverstärker und ein dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker miteinander kombiniert verwendet, so kann der statische Leistungsverstärker auf die untere Grenze der für die Erzeugung der jeweiligen Antennenkeule erforderlichen Leistung ausgelegt und die übrige Leistung von dem dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker hinzugefügt werden. Dies kann die Leitungsverstärker insgesamt vergleichsweise kostengünstig, kompakt sowie energieeffizient werden lassen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Mobilfunk-Basisstation ausgebildet, wenigstens die erste Antennenkeule der ersten Mode mittels elektronischer Strahlschwenkung innerhalb eines ersten Zellenbereichs der Mobilfunk-Zelle zu schwenken. Hierdurch kann es ermöglicht werden, eine erste und ggfs. grobe Ausrichtung der Antennenkeule durch die multimodalen Eigenschaften des Antennenelements zu erreichen und zusätzlich eine zweite und ggfs. feinere Ausrichtung der Antennenkeule über die elektronische Strahlschwenkung innerhalb der groben Ausrichtung zu ermöglichen. Dies kann den Aufwand der elektronischen Strahlschwenkung reduzieren.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Mobilfunk-Basisstation ausgebildet, auch die zweite Antennenkeule der zweiten Mode mittels elektronischer Strahlschwenkung innerhalb eines zweiten Zellenbereichs der Mobilfunk-Zelle zu schwenken. Hierdurch können die zuvor beschrieben Eigenschaften und Vorteile auch auf die zweite Antennenkeule angewendet werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die erste Antennenkeule der ersten Mode im Wesentlichen zu einem Untergrund hin ausgerichtet und die zweite Antennenkeule der zweiten Mode ist geneigt zu dem Untergrund hin ausgerichtet. Der Untergrund kann insbesondere ein Fußweg, eine Straße oder dergleichen sein, welcher von einem Benutzer während der Verwendung einer Empfangseinheit, vorzugsweise einer Sende-/Empfangseinheit, genutzt werden kann. Hieraus ergibt sich eine geringere Erstreckung der ersten Antennenkeule gegenüber der zweiten Antennenkeule. Da sich aus dem Abstand zum Untergrund auch die maximal erforderliche Erstreckung einer Antennenkeule ergibt, kann die Leistung, welche das entsprechende Leistungsverstärkungselement aufbringen muss, in Relation zur Ausrichtung bestimmt bzw. vorgegeben werden, um jeweils mit möglichst geringem Aufwand und mit möglichst geringer elektrischer Energie die jeweils erforderliche Sendeleistung aufzubringen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Mobilfunk-Basisstation ausgebildet, eine Kommunikation, welche mittels der ersten Antennenkeule der ersten Mode durchgeführt wird, mittels der zweiten Antennenkeule der zweiten Mode weiterzuführen, oder umgekehrt. Auf diese Weise kann bei einer Bewegung eines Benutzers mit einer mobilen Empfangseinheit, vorzugsweise einer mobilen Sende-/Empfangseinheit, innerhalb der Zelle der Mobilfunk-Basisstation z.B. ein Gespräch von einer Antennenkeule an die andere Antennenkeule übergeben werden, falls der Benutzer den Bereich der einen Antennenkeule verlässt und in den Bereich der anderen Antennenkeule gelangt. Hierdurch kann ein unterbrechungsfreies Gespräch innerhalb derselben Zelle ermöglicht werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Antenne als Antennen-Array ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Antennenelementen auf, welche jeweils ausgebildet sind, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle wenigstens auszusenden, vorzugsweise ferner zu empfangen, wobei das Antennen-Array ausgebildet ist, wenigstens die erste Antennenkeule der ersten Mode und die zweite Antennenkeule der zweiten Mode innerhalb der Mobilfunk-Zelle als resultierende elektromagnetische Wellen der einzelnen Antennenelemente zu erzeugen. Dies kann es ermöglichen, die Eigenschaften und Vorteile von Antennen-Arrays auf die vorliegende Erfindung anzuwenden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das multimodale Antennenelement ausgebildet, bei Anregung mittels wenigstens eines ersten Anregers die erste Antennenkeule in der ersten Mode und bei Anregung mittels wenigstens eines zweiten Anregers die zweite Antennenkeule in der zweiten Mode zu erzeugen. Hierdurch kann die Erzeugung der beiden unterschiedlichen Moden mittels unterschiedlicher Anreger z.B. mittels elektromagnetischer Kopplung, bei der eine elektromagnetische Kraft die modalen Ströme antreibt, ausgeführt werden, so dass eine sichere Unterscheidung der beiden Moden erfolgen kann. Auch kann eine sehr genaue Umsetzung der gewünschten Anregung erfolgen. Es kann jedoch auch eine kapazitive Kopplung (primär über das elektrische Feld) oder eine induktive Kopplung (primär über das magnetische Feld) angewendet werden.
Vorzugsweise können Schlitze in einem Antennenelement als Anreger bezeichnet und verwendet werden. Dies hat den Hintergrund, dass am Anfang des Design-Prozesses eines Antennenelements die Moden einer einfachen Geometrie wie z.B. einer quadratischen Platte betrachtet werden können. Um nun die gewünschten Moden anzuregen, können beispielsweise derartige Schlitze als Anreger in die Geometrie der quadratischen Platte eingebracht werden. Zur Anregung einer Mode können dann über die Schlitze Spannungen angelegt werden, sodass die Schlitze vereinfacht als Spannungsquellen betrachtet werden können, welche die Ströme auf dem Antennenelement treiben. Durch die Positionierung sowie die amplituden- und phasenrichtige Speisung der Schlitze können so die gewünschten modalen Stromverteilungen und damit die modalen Richtcharakteristiken angeregt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das multimodale Antennenelement im Wesentlichen flächig ausgebildet und die Anreger sind im Wesentlichen senkrecht zur flächigen Erstreckung des multimodalen Antennenelements mit diesem, vorzugsweise im Wesentlichen punktuell, verbunden. Dies kann die Umsetzung eines multimodalen Antennenelements begünstigen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das erste Leistungsverstärkungselement, vorzugsweise ein erster dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker und bzw. oder ein erster statischer Leistungsverstärker, mit dem ersten Anreger, vorzugsweise elektrisch leitfähig, verbunden und bzw. oder das zweite Leistungsverstärkungselement, vorzugsweise ein zweiter dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker und bzw. oder ein zweiter statischer Leistungsverstärker, ist mit dem zweiten Anreger, vorzugsweise elektrisch leitfähig, verbunden. Dies kann es ermöglichen, die Erzeugung der Antennenkeulen der beiden Moden vollständig voneinander zu trennen, so dass zwar dasselbe Antennenelement für beide Moden verwendet wird, ansonsten jedoch zwei unabhängige elektronische Schaltungen parallel zueinander aufgebaut werden, die alternativ zueinander zur Anregung des Antennenelements verwendet werden können. Jede elektronische Schaltung kann dabei auf die Leistungsverstärkung ausgelegt werden und die entsprechenden elektronischen Bauelemente aufweisen, welche für die jeweilige Antennenkeule verwendet werden sollen. Dies kann eine einfache, kostengünstige und verlässliche Umsetzung der zuvor beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Sendeeinheit, vorzugsweise eine Sende-/Empfangseinheit, für eine Mobilfunk-Basisstation wie zuvor beschrieben zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle mit einer Antenne mit wenigstens einem Antennenelement, welches ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle wenigstens auszusenden, vorzugsweise ferner zu empfangen, wobei die Antenne ausgebildet ist, mittels ihres Antennenelements wenigstens eine erste Antennenkeule und wenigstens eine zweite Antennenkeule innerhalb der Mobilfunk-Zelle zu erzeugen, welche zumindest im Wesentlichen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, wobei das Antennenelement als multimodales Antennenelement ausgebildet ist, zur Erzeugung der ersten Antennenkeule in einer ersten Mode und zur Erzeugung der zweiten Antennenkeule in einer zweiten Mode betrieben zu werden, wobei die Sendeeinheit ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement in der ersten Mode mit wenigstens einem ersten Leistungsverstärkungselement und in der zweiten Mode mit wenigstens einem zweiten Leistungsverstärkungselement zu betreiben, wobei die beiden Leistungsverstärkungselemente unterschiedliche Verstärkerleistungen aufweisen. Auf diese Art und Weise kann eine Sendeeinheit bereitgestellt werden, welche bei einer erfindungsgemäßen Mobilfunk-Basisstation verwendet werden kann, um die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Eigenschaften und Vorteile zu realisieren.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische seitliche Darstellung mehrerer Antennenkeulen einer erfindungsgemäßen Mobilfunk-Basisstation;
2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sendeeinheit der erfindungsgemäßen Mobilfunk-Basisstation;
3 eine schematische Draufsicht auf ein Antennenelement der erfindungsgemäßen Sendeeinheit, und
4 eine schematische perspektivische Darstellung des Antennenelements der 3 mit weiteren elektronischen Bauelementen.

Die o.g. Figuren werden im Wesentlichen in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung Y, welche auch als Breite Y bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann.
1 zeigt eine schematische seitliche Darstellung mehrerer Antennenkeulen D, E, F einer erfindungsgemäßen Mobilfunk-Basisstation 1. Die Mobilfunk-Basisstation 1 oder kurz Basisstation 1 ist in der Höhe Z oberhalb eines Untergrunds 3 wie z.B. eines Fußgängerweges z.B. an einer Laterne (nicht dargestellt) angeordnet. Die Basisstation 1 weist eine Sendeeinheit 10 auf, welche auch als Sende-/Empfangseinheit 10 ausgebildet sein kann. Mittels der Sendeeinheit 10 können elektromagnetische Wellen in die Umgebung der Sendeeinheit 10 ausgesendet werden, um z.B. Daten eines Telefongesprächs zu übertragen, sofern sich ein Benutzer mit einer entsprechenden Empfangseinheit (nicht dargestellt) in der Reichweite der Sendeeinheit 10 befindet. Ist die Empfangseinheit des Benutzers als Sende-/Empfangseinheit ausgebildet, kann von dort die Aussendung von elektromagnetischen Wellen erfolgen, welche von der Sende-/Empfangseinheit 10 empfangen werden können, so dass eine Datenübertragung in beide Richtungen erfolgen kann. Die Umgebung der Basisstation 1, welche von der Sendeeinheit 10 erreicht werden kann, wird als Mobilfunk-Zelle 2 oder kurz als Zelle 2 bezeichnet.
Zur Aussendung der elektromagnetischen Wellen weist die Sendeeinheit 10 der Basisstation 1 eine Antenne 4 in Form eines Antennen-Arrays 4 mit einer Mehrzahl von Antennenelementen 40 bzw. Strahlerelementen 40 auf. Jedes Antennenelement 40 weist einen vergleichsweise dünnen bzw. flachen Körper 41 auf, welcher grundsätzlich quadratisch ausgebildet ist und mehrere Aussparungen 42a, 42b in Form von Schlitzen 42a, 42b aufweist, siehe 3 und 4, welche als Anreger 42a, 42b dienen. Das Antennenelement 40 ist in der Höhe Z oberhalb einer Platine 43 angeordnet und über mehrere senkrechte Koaxialleitungen 44a, 44b mit der Platine 43 verbunden, siehe 4, welche als elektrisch leitfähige Verbindungen der Anreger 42a, 42b mit einem Speisenetzwerk auf der Platine 43 dienen und dem Speisenetzwerk zugeordnet werden können. Das Speisenetzwerk sorgt für die amplituden- und phasenrichtige Anregung der Anreger 42a, 42b. Dabei kann das Antennenelement 40 über die Anreger 42a, 42b, welche z.B. zur elektromagnetischen Kopplung ausgebildet sein können, zu Schwingungen angeregt werden. Genauer gesagt können auf dem Antennenelement 40 Ströme angeregt werden, welche wiederum elektromagnetische Felder erzeugen können.
Aus dieser Geometrie des Körpers 41 samt Anregern 42a, 42b, aus der Anordnung der punktförmigen Kontaktpunkte der Koaxialleitungen 44a, 44b sowie aus der entsprechenden elektronischen Schaltung auf der Platine 43 resultiert die Ausrichtung bzw. Erstreckung der elektromagnetischen Wellen, welche von dem Antennenelement 4 ausgesendet werden können, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
Die Antennenelemente 40 sind dabei jeweils als multimodale Antennenelemente 40 ausgebildet, da die Anreger 42a, 42b bzw. deren Koaxialleitungen 44a, 44b in eine Gruppe erster Anreger 42a mit Koaxialleitungen 44a und in eine Gruppe zweiter Anreger 42b mit Koaxialleitungen 44b unterteilt sind, welche jeweils alternativ das jeweilige Antennenelement 40 anregen können. Werden dabei die ersten Anreger 42a über ihre Koaxialleitungen 44a betrieben, so kann durch die Überlagerung aller Antennenelemente 40 der Antenne 4 eine resultierende erste Antennenkeule D erzeugt werden, welche z.B. zum Untergrund hin gerichtet ist, siehe 1. Werden die zweiten Anreger 42b über ihre Koaxialleitungen 44b betrieben, so kann eine resultierende zweite Antennenkeule B erzeugt werden, welche z.B. zum Untergrund 3 geneigt ausgerichtet sein kann, siehe 1. Bei entsprechender Ausbildung der Antennenelemente 40 kann ferner eine dritte Antennenkeule F erzeugt werden, welche der zweiten Antennenkeule E in der Form und Ausrichtung gegenüber dem Untergrund 3 entsprechen, jedoch in eine andere Richtung ausgerichtet sein kann.
Da die Antennenkeulen D, E, F unterschiedliche Erstreckungen aufweisen und somit auch unterschiedliche Entfernungen bzw. Pfade von der Antenne 4 bis zur Empfangseinheit des Benutzers zurücklegen müssen, werden erfindungsgemäß unterschiedliche Verstärkungen der Sendeleistungen verwendet, welche an diese Erstreckungen der Antennenkeulen D, E, F bzw. Entfernungen angepasst sind. Hierzu werden die ersten Anreger 42a, welche die erste Antennenkeule D der ersten Mode ausbilden können, über einen ersten statischen Leistungsverstärker 61 als Vorverstärker und einen ersten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 51 betrieben. Dies erfolgt ebenso für die zweiten Anreger 42b der zweiten Antennenkeule E der zweiten Mode über einen zweiten statischen Leistungsverstärker 62 als Vorverstärker und einen zweiten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 52 sowie für einen dritten Anreger (nicht dargestellt) der dritten Antennenkeule F einer dritten Mode über einen dritten statischen Leistungsverstärker 63 als Vorverstärker und einen dritten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 53, siehe 2. Dabei sind alle Anreger 42a, 42b einer Mode parallel geschaltet und mit denselben Leistungsverstärkungselementen 51, 52, 53, 61, 62, 63 elektrisch leitfähig verbunden.
Erfindungsgemäß sind die Leistungsverstärkungselemente 51, 52, 53, 61, 62, 63 mit unterschiedlichen Leistungsverstärkungen ausgebildet je nachdem, welche Erstreckung die entsprechende Antennenkeule D, E, F aufweist. Beispielsweise weist die Antennenkeule D der ersten Mode, da sie von der Sendeeinheit 10 im Wesentlichen direkt in der Höhe Z nach unten auf den Untergrund 3 ausgerichtet ist, eine kürzere Erstreckung auf als die beiden anderen dargestellten Antennenkeulen E, F der zweiten bzw. dritten Mode, welche zum Untergrund 3 geneigt verlaufen und somit eine größere Entfernung bis zum Untergrund 3 bzw. einem Benutzer mit Empfangseinheit zurücklegen müssen, welcher auf dem Untergrund 3 steht oder geht.
Entsprechend ist der erste statische Leistungsverstärker 61 der ersten Anreger 42a der ersten Mode leistungsschwächer ausgebildet im Vergleich zu den statischen Leistungsverstärkern 62, 63 der anderen beiden Moden. Dies gilt entsprechend für die dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 51, 52, 53, welche die Sendeleistung in einem gewissen Rahmen variieren können. Die Leistung ist dabei jeweils derart ausgelegt, dass die statischen Leistungsverstärker 61, 62, 63 die Leistung erzeugen können, welche für die jeweilige Antennenkeule D, E, F minimal erforderlich ist. Diese Leistung kann um die Leistung der dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 51, 52, 53 ergänzt werden, welche variieren kann. Über diese Variation der Leistung kann ein Schwenken der Antennenkeule D, E, F jeweils in einer Richtung G abgedeckt werden, welche durch eine elektronische Strahlschwenkung der Antennenkeule D, E, F hervorgerufen werden kann. Durch die elektronische Strahlschwenkung können die Antennenkeulen D, E, F jeweils in einem ersten Zellenbereich A, in einem zweiten Zellenbereich B bzw. in einem dritten Zellenbereich C geschwenkt werden.
Dadurch, dass die Leistungsverstärkung den einzelnen Antennenkeulen D, E, F der unterschiedlichen Moden angepasst ist, können die statischen Leistungsverstärker 61, 62, 63 sowie die dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 51, 52, 53 kostengünstiger, kompakter sowie energieeffizienter realisiert werden als bisher bekannt. Insbesondere kann der Leistungshub der dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 51, 52, 53 deutlich reduziert werden, da zum einen eine gewisse Leistung bereits von den statischen Leistungsverstärkern 61, 62, 63 als Vorverstärker zur Verfügung gestellt wird und zum anderen der Bereich, in dem die Leistung durch die dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker 51, 52, 53 variiert werden muss, durch die unterschiedlichen Moden bereits verringert ist.
Bezugszeichenliste

A: erster Zellenbereich
B: zweiter Zellenbereich
C: dritter Zellenbereich
D: erste Antennenkeulen bzw. erstes Antennendiagramm
E: zweite Antennenkeulen bzw. zweites Antennendiagramm
F: dritte Antennenkeulen bzw. drittes Antennendiagramm
G: Schwenkrichtung der Antennenkeulen D, E, F
X: Längsrichtung; Tiefe
Y: Querrichtung; Breite
Z: vertikale Richtung; Höhe
1: (Mobilfunk-)Basisstation
10: Sende(-/Empfangs-)einheit der (Mobilfunk-)Basisstation 1
2: (Mobilfunk-)Zelle
3: Untergrund
4: Antenne; Antennen-Array
40: multimodale Antennenelemente; multimodale Strahlerelemente
41: Körper eines Antennenelements 40
42a: erste Aussparungen eines Antennenelements 40; erste Schlitze; erste Anreger
42b: erste Aussparungen eines Antennenelements 40; erste Schlitze; erste Anreger
43: Platine
44a: Koaxialleitungen der erste Anreger 42a
44b: Koaxialleitungen der zweite Anreger 42b
51: erster dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker
52: zweiter dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker
53: dritter dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker
61: erster statischer Leistungsverstärker
62: zweiter statischer Leistungsverstärker
63: dritter statischer Leistungsverstärker

Claims

Mobilfunk-Basisstation (1) zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle (2), mit einer Sendeeinheit (10), vorzugsweise mit einer Sende-/Empfangseinheit (10), wobei die Sendeeinheit (10) eine Antenne (4) mit wenigstens einem Antennenelement (40) aufweist, welches ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) wenigstens auszusenden, vorzugsweise ferner zu empfangen, wobei die Antenne (4) ausgebildet ist, mittels ihres Antennenelements (40) wenigstens eine erste Antennenkeule (D) und wenigstens eine zweite Antennenkeule (E) innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) zu erzeugen, welche zumindest im Wesentlichen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, wobei das Antennenelement (40) als multimodales Antennenelement (40) ausgebildet ist, zur Erzeugung der ersten Antennenkeule (D) in einer ersten Mode und zur Erzeugung der zweiten Antennenkeule (E) in einer zweiten Mode betrieben zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement (40) in der ersten Mode mit wenigstens einem ersten Leistungsverstärkungselement (51, 61) und in der zweiten Mode mit wenigstens einem zweiten Leistungsverstärkungselement (52, 62) zu betreiben, wobei die beiden Leistungsverstärkungselemente (51, 61; 52, 62) unterschiedliche Verstärkerleistungen aufweisen.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antennenkeule (D) der ersten Mode eine geringere räumliche Erstreckung als die zweite Antennenkeule (E) der zweiten Mode aufweist, und dass das erste Leistungsverstärkungselement (51, 61) eine geringere Verstärkerleistung als das zweite Leistungsverstärkungselement (52, 62) aufweist.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunk-Basisstation (1) ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement (40) im ersten Mode mit einem ersten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker (51) und im zweiten Mode mit einem zweiten dynamisch anpassbaren Leistungsverstärker (52) zu betreiben, wobei der erste dynamisch anpassbare Leistungsverstärker (51) eine geringere Verstärkerleistung als der zweite dynamisch anpassbare Leistungsverstärker (52) aufweist.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunk-Basisstation (1) ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement (40) in der ersten Mode mit einem ersten statischen Leistungsverstärker (61) und in der zweiten Mode mit einem zweiten statischen Leistungsverstärker (62) zu betreiben, wobei der erste statische Leistungsverstärker (61) eine geringere Verstärkerleistung als der zweite statische Leistungsverstärker (62) aufweist.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunk-Basisstation (1) ausgebildet ist, wenigstens die erste Antennenkeule (D) der ersten Mode mittels elektronischer Strahlschwenkung innerhalb eines ersten Zellenbereichs (A) der Mobilfunk-Zelle (2) zu schwenken.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunk-Basisstation (1) ausgebildet ist, auch die zweite Antennenkeule (E) der zweiten Mode mittels elektronischer Strahlschwenkung innerhalb eines zweiten Zellenbereichs (B) der Mobilfunk-Zelle (2) zu schwenken.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antennenkeule (D) der ersten Mode im Wesentlichen zu einem Untergrund (3) hin ausgerichtet ist, und dass die zweite Antennenkeule (E) der zweiten Mode geneigt zu dem Untergrund (3) hin ausgerichtet ist.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunk-Basisstation (1) ausgebildet ist, eine Kommunikation, welche mittels der ersten Antennenkeule (D) der ersten Mode durchgeführt wird, mittels der zweiten Antennenkeule (E) der zweiten Mode weiterzuführen, oder umgekehrt.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (4) als Antennen-Array (4) ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Antennenelementen (40) aufweist, welche jeweils ausgebildet sind, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) wenigstens auszusenden, vorzugsweise ferner zu empfangen, wobei das Antennen-Array (4) ausgebildet ist, wenigstens die erste Antennenkeule (D) der ersten Mode und die zweite Antennenkeule (E) der zweiten Mode innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) als resultierende elektromagnetische Wellen der einzelnen Antennenelemente (40) zu erzeugen.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das multimodale Antennenelement (40) ausgebildet ist, bei Anregung mittels wenigstens eines ersten Anregers (42a) die erste Antennenkeule (D) in der ersten Mode und bei Anregung mittels wenigstens eines zweiten Anregers (42b) die zweite Antennenkeule (E) in der zweiten Mode zu erzeugen.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das multimodale Antennenelement (40) im Wesentlichen flächig ausgebildet ist, und dass die Anreger (42a; 42b) im Wesentlichen senkrecht zur flächigen Erstreckung des multimodalen Antennenelements (40) mit diesem, vorzugsweise im Wesentlichen punktuell, verbunden sind.
Mobilfunk-Basisstation (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leistungsverstärkungselement (51, 61), vorzugsweise ein erster dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker (51) und/oder ein erster statischer Leistungsverstärker (61), mit dem ersten Anreger (42a), vorzugsweise elektrisch leitfähig, verbunden ist, und/oder dass das zweite Leistungsverstärkungselement (52, 62), vorzugsweise ein zweiter dynamisch anpassbarer Leistungsverstärker (52) und/oder ein zweiter statischer Leistungsverstärker (62), mit dem zweiten Anreger (42b), vorzugsweise elektrisch leitfähig, verbunden ist.
Sendeeinheit (10), vorzugsweise Sende-/Empfangseinheit (10), für eine Mobilfunk-Basisstation (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Ausbildung einer Mobilfunk-Zelle (2), mit einer Antenne (4) mit wenigstens einem Antennenelement (40), welches ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) wenigstens auszusenden, vorzugsweise ferner zu empfangen, wobei die Antenne (4) ausgebildet ist, mittels ihres Antennenelements (40) wenigstens eine erste Antennenkeule (D) und wenigstens eine zweite Antennenkeule (E) innerhalb der Mobilfunk-Zelle (2) zu erzeugen, welche zumindest im Wesentlichen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, wobei das Antennenelement (40) als multimodales Antennenelement (40) ausgebildet ist, zur Erzeugung der ersten Antennenkeule (D) in einer ersten Mode und zur Erzeugung der zweiten Antennenkeule (E) in einer zweiten Mode betrieben zu werden, wobei die Sendeeinheit (10) ausgebildet ist, das multimodale Antennenelement (40) in der ersten Mode mit wenigstens einem ersten Leistungsverstärkungselement (51, 61) und in der zweiten Mode mit wenigstens einem zweiten Leistungsverstärkungselement (52, 62) zu betreiben, wobei die beiden Leistungsverstärkungselemente (51, 61; 52, 62) unterschiedliche Verstärkerleistungen aufweisen.